Защитное зануление

Заземление и зануление электроустановок. Их защитное действие

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением при замыкании на корпус и по другим причинам.

Задача защитного заземления — устранение опасности поражения то­ком в случае прикосновения к корпусу и другим токоведущим металличес­ким частям электроустановки, оказавшимся под напряжением. Защитное заземление применяют в трехфазных сетях с изолированной нейтралью.

Принцип действия защитного заземления — снижение напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением, и землей до безопасно­го значения.

Если корпус электрооборудования не заземлен и оказался в контакте с фазой, то прикосновение к такому корпусу равносильно прикоснове­нию к фазе. В этом случае ток, проходящий через человека (при малом сопротивлении обуви, пола и изоляции проводов относительно земли), может достигать опасных значений.

Если же корпус заземлен, то величина тока, проходящего через чело­века, безопасна для него. В этом назначение заземления, и поэтому оно называется защитным.

Занулением называется преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на кор­пус и по другим причинам.

Задача зануления — устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим час­тям электроустановки, оказавшимся под напряжением вследствие замы­кания на корпус. Решается эта задача быстрым отключением поврежден­ной электроустановки от сети.

При занулении, если оно надежно выполнено, всякое замыкание на корпус превращается в однофазное короткое замыкание (т.е. замыкание между фазами и нулевым проводом). При этом возникает ток такой силы, при которой обеспечивается срабатывание защиты (предохранителя или автомата) и автоматическое отключение поврежденной установки от сети.

Вместе с тем зануление (как и заземление) не защищает человека от поражения электрическим током при прямом прикосновении к токоведу-щим частям. Поэтому возникает необходимость (в помещениях, особо опас­ных в отношении поражения электрическим током) в использовании, по­мимо зануления, и других защитных мер, в частности, защитного отклю­чения и выравнивания потенциала.

Заземление

Суть защитного заземления в обеспечении безопасной эксплуатации электрооборудования путём соединения его защищаемой части с соответствующим устройством — «землёй». Если на внешнем кожухе установки или любой другой её детали внезапно окажется электрический потенциал, вред для человека будет сведён к минимуму. Главная характеристика заземляющего устройства — его сопротивление, качество защиты улучшается с его понижением. Заземление можно разделить на две основные детали — заземлитель и проводящие соединители, обеспечивающие контакт с заземляемой деталью. Областью использования защитного заземления являются трёхфазные сети, нейтраль в которых изолирована.

Защитное заземление действует на основе серьёзного уменьшения разности потенциалов между деталью, на которую пробило напряжение (корпус и т.д.), и землёй, вплоть до безопасного для человека уровня. Если заземление отсутствует, контакт с опасным местом электроустановки является непосредственным контактом с фазой. У возникающего электрического тока нет иных путей, кроме тела человека. При низком электрическом сопротивлении надетой обуви, самого пола и наличии изолированности проводов от «земли» величина тока окажется недопустимой для пострадавшего. Если организация работы по охране труда была выполнена грамотно и проблемная деталь имеет защитное заземление, то даже в случае больших значений воздействующего напряжения, оно не вызовет серьёзных последствий для организма. Согласно закону Ома, сила тока будет обратно пропорциональна сопротивлению. При наличии двух параллельных цепей — человеческого тела и заземляющего контура, при равном значении исходного напряжения (фаза), сила проходящего тока будет тем выше, чем меньше сопротивление цепи. Сконструированное с учётом обеспечения минимального сопротивления защитное заземление примет на себя основной электрический ток, обезопасив имеющего значительно более высокое сопротивление человека.

Два типа заземления

Заземлители делятся на два типа — естественные и искусственные. Если для заземления используются уже существовавшие при постройке здания металлические конструкции (трубы, арматура и т.п.), заземлитель называют естественным. Когда стальные стержни, уголки или трубы специально забивают или закапывают в землю, конструкция является искусственной. В целях повышения безопасности длина искусственного заземлителя не может быть меньше 2.5 м., а улучшая защиту, металлические фрагменты комбинируют путём сварки стальными накладками или проволокой. Чтобы обеспечить электрический контакт между заземляемым прибором и заземлителем, принято использовать шины, выполненные из меди или стали. Заземляющие проводники крепят к корпусу оборудования при помощи сварки или с использованием надёжного резьбового соединения. Обязательная защита с использованием технологии заземления требуется для трансформаторов, электрических шкафов и щитов, а также большинства промышленных и некоторых бытовых приборов и механизмов.

Хотя защитное заземление в большой степени уменьшает риск для человека, оно не ликвидирует его полностью. Потенциальная проблема в наличии своего собственного сопротивления у заземлителя, соединительных проводов и даже земли. Если изоляция нарушена, замыкающий ток проделает путь от заземляемой детали до земли, и на каждом этапе имеющееся сопротивление создаст дополнительную разность потенциалов. Итоговое суммарное напряжение будет значительно ниже общепринятых в России 220 В, однако всё ещё может составлять небезопасные для человека значения. Чтобы снизить суммарное напряжение надо уменьшить сопротивление заземлителя относительно финальной точки — земли. Общепринятой практикой является увеличение количества искусственных заземлителей.

Зануление

Вторым видом защиты от удара током при пробое на корпус является защитное зануление. Оно заключается в целенаправленном соединении частей электрического прибора, потенциально могущих оказаться под фазой, с заземленным выводом источника переменного или с аналогичной средней точкой в сетях постоянного тока. Тем самым пробой любой фазы на корпус оборудования переводится в короткое замыкание с заземлённым нулём. Протекающий при защитном занулении ток в разы больше, чем в случае заземления. Поэтому основной целью создания защитного зануления является быстрое прекращение работы и полное обесточивание сломанного устройства в принципе.

Нулевой проводник бывает рабочим и защитным. Рабочий проводник предназначен для полноценного питания электроустановки, поэтому не отличается от других носителей по толщине и качеству изоляции, материалу и сечению провода. Защитный проводник имеет целью всего лишь создание в краткий период времени короткого замыкания очень высокого тока, который позволит сработать защите и оперативно обесточить неисправное устройство. В качестве нулевого защитного провода часто выступают используемые при прокладывании проводки стальные трубы или нулевые провода без дополнительных деталей (выключателей и предохранителей). Равно как и заземление, зануление не может полностью защитить человека от воздействия электричества при непосредственном контакте с находящимся под фазой элементом конструкции. Если обеспечение электробезопасности в помещении требует повышенного внимания, строго необходимо комбинировать зануление с другими мерами защиты — выравниванием потенциала и защитным отключением.

Защитное зануление. Назначение. Принцип действия. Область применения

Зануление — это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок с глухозаземленной нейтральной точкой генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности.

Для соединения открытых проводящих частей потребителя электроэнергии с глухозаземленной нейтральной точкой источника используется нулевой защитный проводник.

Нулевым защитным проводником (PE – проводник в системе TN – S) называется проводник, соединяющий зануляемые части (открытые проводящие части) с глухозаземленной нейтральной точкой источника питания трехфазного тока или с заземленным выводом источника питания однофазного тока, или с заземленной средней точкой источника питания в сетях постоянного тока.

Нулевой защитный проводник следует отличать от нулевого рабочего и PEN – проводников.

Нулевой рабочий проводник (N – проводник в системе TN – S) – проводник в электроустановках напряжением до 1 кВ, предназначенный для питания электроприемников соединенный с глухозаземленной нейтральной точкой генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с глухозаземленной точкой источника в сетях постоянного тока.

Совмещенный (PEN — проводник в системе TN– C) нулевой защитный и нулевой рабочий проводник – проводник в электроустановках напряжением до 1 кВ, совмещающий функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника.

Зануление необходимо для обеспечения защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении за счет снижения напряжения корпуса относительно земли и быстрого отключения электроустановки от сети.

Область применения зануления:

электроустановки напряжением до 1 кВ в трехфазных сетях переменного тока с заземленной нейтралью (система TN – S; обычно это сети 220/127, 380/220, 660/380 В);

электроустановки напряжением до 1 кВ в однофазных сетях переменного тока с заземленным выводом;

электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях постоянного тока с заземленной средней точкой источника.

Принцип действия зануления. При замыкании фазного провода на зануленный корпус электропотребителя (рис. 4.10) образуется цепь тока однофазного короткого замыкания (то есть замыкания между фазным и нулевым защитным проводниками). Ток однофазного короткого замыкания вызывает срабатывание максимальной токовой защиты, в результате чего происходит отключение поврежденной электроустановки от питающей сети. Кроме того, до срабатывания максимальной токовой защиты происходит снижение напряжения поврежденного корпуса относительно земли, что связано с защитным действием повторного заземления нулевого защитного проводника и перераспределением напряжений в сети при протекании тока короткого замыкания.

Особенности организации защитного зануления

Открытие электрического тока ознаменовало новую эру в развитие человечества. В настоящее время невозможно представить комфортное существование человека без этого энергоносителя. Без электричества невозможно представить работу промышленных предприятий, строительных организаций, транспорта и так далее. Да и просто жизнь людей скатилась бы без него к средневековому уровню. Но этот вид энергии является надежным слугой человечества, только в том случае, если она будет находиться под неусыпным контролем. Но если этот контроль ослабить, то электричество станет неуправляемой стихией и может нанести огромный вред как человеку, так и материальным ценностям.

Движение электронов в электрической сети идет по пути минимального сопротивления и если не предпринимать защитных мер, то электрический ток может нанести человеку серьезное поражение, вплоть до летального исхода. К тому же, в критических ситуациях электрическая энергия способна воспламенить горючие вещества, что неминуемо приведет к возникновению пожара. Чтобы избежать этих негативных последствий предпринимаются различные меры обеспечения безопасности: автоматические системы обесточивания сети, защитное зануление и заземление. В этой статье мы расскажем, что называется занулением и как такая защита функционирует.

Зануление и его особенности

Ответить на вопрос, что такое защитное зануление, довольно просто, но необходимо знать чем оно отличается от заземления электрооборудования. Точное понимание этих различий позволит избежать многих ошибок при монтаже бытовой техники, различных приборов, станков и другого оборудования, работающего на электрической энергии. Защитное зануление — это подключение металлических корпусов и других деталей промышленного оборудования и различной бытовой техники, которые в рабочем состоянии не должны находиться под сетевым напряжением, к нейтральному (нулевому) проводу системы подачи электроэнергии. Этот провод в какой-то точке должен быть наглухо заземлен.

Важно! Не путайте нейтральный (нулевой) защитный провод с нулевым проводом питающей сети. Это совершенно разные проводники. Для сетей с трехфазной подачей электроэнергии — это нейтральный провод, идущий от силового трансформаторной подстанции или устройства, генерирующего электрическую энергию, для однофазных сетей — это наглухо заземленный провод.

Для чего необходимо занулять некоторые типы бытового и промышленного оборудования? Все очень просто! Главной целью зануления является обеспечение защиты человека от поражения электрическим током в случае КЗ (короткого замыкания) фазы сети на корпус и другие токопроводящие части электрооборудования.

Принцип действия зануления

Принцип действия зануления заключается в следующем процессе. Допустим, фаза питающей сети попала на корпус электрооборудования, что часто происходит в результате пробоя изоляции или других форс-мажорных обстоятельствах. В этом случае, если токопроводящие части устройства имеют защитное зануление, возникает короткое замыкание, при этом величина электрического тока мгновенно достигает максимальных значений и срабатывает автоматическая защита или выгорает предохранитель. Бытовая техника или другое оборудование обесточивается, что защищает человека от поражения электричеством и препятствует возникновению других негативных последствий.

Для того чтобы зануление сработало, нейтральный проводник должен иметь очень низкое значение сопротивления электрическому току. Только в этом случае ток КЗ будет максимальным, что обеспечит срабатывание защитных систем сети. Благодаря тому, что нейтраль имеет полное заземление на генераторе или трансформаторе, защитное зануление обеспечивает очень низкое напряжение на корпусе электрооборудования при прикосновении к нему. По большому счету, защитное зануление — это одна из разновидностей заземления, выполненная с соблюдением определенных правил и норм.

Внимание! Простое заземление электрооборудования не всегда способно обеспечить срабатывание защитных систем сети, так как величины тока КЗ может не хватить для этого. Это значение должно быть максимальным!

Системы и схемы зануления

Существует несколько вариантов выполнения защиты электрооборудования путем зануления металлического корпуса устройства. В этой статье мы рассмотрим два следующих основных способа зануления любой техники, подключенных к трехфазной и однофазной сети подачи электроэнергии.

1. Трехфазная сеть. Для такого подключения схема довольно проста и выполнить ее не составит труда любому человеку знакомому с основами электротехники. В этом варианте нулевой провод N и защитная линия PE объединены в одну общую шину под названием PEN. Такой метод зануления получил наименование системы TN-C. Для его реализации необходимо строго соблюдать повышенные требования к уравниванию электрических потенциалов, а также к площади сечения объединенного проводника PEN. Для сетей с подачей электроэнергии по однофазной схеме использование системы TN-C категорически запрещено правилами устройства электроустановок (ПУЭ).
2. Однофазная сеть. Для реализации защитного зануления в однофазных сетях существует способ по системе TN-C-S. При этом методе проводник N объединяется с линией PE только на ограниченном участке сети подачи электроэнергии, начинающимся рядом с основным источником питания. Система TN-C-S хороша для однофазных сетей, но ее ни в коем случае нельзя применять при занулении электрооборудования, работающего в трехфазных сетях электрификации.

Любая система защитного зануления может быть использована только в сетях как однофазных, так и трехфазных, с переменным напряжением не более 1 кВ, к тому же сеть в обязательном порядке должна иметь наглухо заземленную нейтраль. После выполнения работ по защите электрооборудования необходимо выполнить проверку и расчет системы зануления, который следует доверить только специалисту, так как эта процедура предполагает использование специальных приборов. В результате произведенных замеров определяется сопротивление петли нейтраль-фаза, которое должно иметь минимальное значение.

После этого, согласно закону Ома, по которому I=U/R, вычисляется ток КЗ (короткого замыкания) при попадании фазы сети на металлический корпус прибора. Значение этого параметра должно быть на некоторую величину больше, чем порог срабатывания автоматических систем обесточивания электроразводки. В противном случае их нужно менять на устройства с меньшим значением порога срабатывания или выполнять мероприятия по снижению величины сопротивления петли нейтраль-фаза. При расчете тока КЗ следует применять увеличивающий коэффициент надежности Кн, который всегда больше единицы.

Особенности зануления в квартире

У потребителя часто возникает вопрос: что необходимо занулять в квартире, а чего делать не следует? Коротко ответим на этот вопрос. Сначала расскажем чего делать не следует. Зануление в квартире не рекомендуется использовать для изделий, которые заземлены через трубы. К ним относятся металлические ванны, умывальники, смесители и другие предметы, связанные с землей через стальные трубы. В случае зануления этих изделий можно получить поражение электрическим током при включении бытовой техники. Выравнивать потенциалы металлических предметов на кухне, в ванной и туалете следует используя заземление.

Все бытовые приборы в квартире необходимо занулять. В новых домах эта проблема, как правило, решена, так как нейтраль уже подведена к розеткам, а все современные бытовые приборы имеют вилку с заземляющим контактом. В старых домах электропроводка выполнена по двухпроводной схеме. В этом случае для зануления бытовой техники необходимо завести отдельный провод от квартирного электрического щитка, что позволит занулить оборудование через розетки.

Важно! Зануление бытовой техники в квартире необходимо выполнять с соблюдением правил электробезопасности. Работы следует проводить на полностью обесточенном оборудовании!

Когда следует использовать зануление, а когда заземление

В этой части статьи мы ответим на вопрос в чем разница между заземлением и занулением и в каком случае использовать тот или иной метод защиты человека от поражения электрическим током. Принцип действия защитного зануления похож на функциональные возможности заземления, но между ними есть существенная разница!

Обе системы предназначены для защиты человека от поражения электричеством. Разница между ними в том, что зануление мгновенно обесточивает оборудование, а заземление отводит опасный электрический ток в землю. Вот в этом и заключается вся разница! На ниже приведенной схеме наглядно показаны различия между этими двумя способами.

Какой же метод лучше использовать в каждом конкретном случае? Однозначно ответить на этот вопрос невозможно. Например, в многоэтажных домах создание заземляющего контура — это трудное и затратное мероприятие. Поэтому в большинстве квартир используется защитное зануление, подключаемое к бытовой технике через электрические розетки. В частном доме монтаж заземляющего контура не вызовет затруднений. Каждая из систем защиты следующие преимущества и недостатки.

1. Заземление в частном доме можно сделать собственными руками, а для зануления необходимы познания в электротехнике, с проведением расчетов и выбора оптимального варианта подключения к нейтральному проводу системы электроснабжения. К тому же зануление перестает работать при обрыве нулевого провода.
2. В многоэтажных домах устройство контура заземления является сложной задачей, так как необходимо будет выполнить комплекс монтажных работ высокой стоимости. Для квартир в основном используется принцип зануления бытовых приборов, хотя этому способу защиты человека от поражения электрическим током присущи определенные недостатки.

Исходя из всего вышесказанного следует сделать вывод, что для частного дома лучше выбирать заземление, а для квартиры зануление. Правда, в том случае если объект запитывается от однофазной двухпроводной линии, что характерно для дачных поселков, без контура заземления не обойтись!

Важно! Часто в специальной литературе можно встретить такой термин, как защитное заземление по системе TN-C-S и TN-C. Следует сказать, что это не прямое заземление через специально смонтированный контур, а все то же защитное зануление!

Надеемся, что статья помогла вам понять, что такое зануление и заземление, как эти две системы защиты человека от поражения электрическим током работают и какую из них лучше использовать в частном доме, квартире или на даче!

>Видео по теме